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崔洪芝,练晓娟.海洋耐蚀耐磨涂层研究进展[J].中国有色金属学报,2023,33(04):1179-1208

▲研究背景

世界正在进入海洋大发展时代，海洋油气已成为世界各国争相追逐的主要战略资源。随着海洋开发不断向深度和广度扩展，海洋装备材料的发展及应用受到了前所未有的重视。海工装备在海水环境中服役时，其关键运动部件（如深潜器的浮力调节系统、海水液压传动系统、潜艇艉轴及其滑动支撑轴承、水下作业机器手等）除了长期受海水环境作用而产生腐蚀问题，还要经受磨损载荷的影响，从而导致腐蚀-磨损交互作用的力-电耦合损伤。对工件表面进行强化形成结合牢固的防护涂层，是解决这一难题的有效途径。

本文主要从海洋腐蚀磨损防护机理、制备工艺、性能调控和测试评价等几个方面，概括国内外相关课题组的研究报道，综述了在海洋环境下典型金属的腐蚀磨损机理、耐蚀耐磨涂层体系、制备技术和测试评价，并结合课题组多年来对高能束表面强化与腐蚀磨损行为调控、海工装备材料腐蚀与环境敏感断裂等方面的研究，提出耐磨蚀涂层的未来发展方向，希望为海工装备关键运动部件的防护材料设计提供新思路，安全服役评估提供新方法。

▲文章亮点

综述了近几年来海洋环境耐蚀与耐磨涂层材料与制备技术、力-电耦合损伤机理、损伤评价方法等方面的研究进展，以及高通量技术等新手段的运用。总结了有关调控涂层组织和性能，改善残余应力，延长服役寿命等方向的发展趋势，并展望了海洋耐蚀耐磨技术未来发展方向。

▲图文解析

通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，来改变工件表面的化学成分、组织结构和应力状况，以获得表面所需的耐腐蚀、耐磨性、耐疲劳、疏水、超滑和减阻等性能。随着服役环境、载荷的复杂化，海工装备关键运动部件对涂层的成分、结构及力学性能和功能性要求愈加丰富和多样化。作者总结了金属涂层、陶瓷涂层、复合涂层和疏水防污涂层的耐蚀耐磨性能，表1为不同陶瓷涂层的耐磨蚀性能对比。

作者团队成功开发了高通量等离子熔射技术，以及典型的耐磨蚀材料体系：Fe(Ni)-Al金属间化合物、铁基Cr-C-Ni-B-Si-RE多元合金及其陶瓷系列化涂层材料；针对不同工况条件，选择合适的材料体系并控制等离子原位反应，获得与基体呈冶金结合的耐磨蚀、超强结合涂层。如图1所示，作者团队利用激光熔覆技术，在304不锈钢表面制备了CoCrNiMo高熵合金与陶瓷复合的耐腐蚀磨损涂层，FCC基体和 (Cr,Mo)23(B,C)6强化相之间的共格相界面和非晶态晶界使得涂层具有较高硬度和良好的耐蚀性。

图1 CoCrNiMo高熵合金与陶瓷复合涂层的微观结构和耐蚀耐磨性能

▲研究结论

海洋工程装备不断向大型化、深水化发展，面临着海域环境复杂、关键设备精度要求高等难题，随着产业不断发展，对海工装备运行安全、智能高效和绿色环保等方面提出新的要求。因此，研究腐蚀与磨损的交互作用、力−电耦合损伤机制，提高表面处理技术可靠性，开发耐蚀耐磨一体化涂层，是极其重要的。耐蚀耐磨涂层在不锈钢、钛合金、铝合金等基材表面防护的成功使用，为海工装备的安全经济运行提供重要的支撑。

针对海洋极端环境复杂工况，需要从材料腐蚀磨损耦合失效机理研究、涂层成分和组织结构设计、高效制备技术开发、模拟环境评价等方面共同努力，这对于突破深海和极地科学考察、探测作业、深海资源开发的系列关键技术与装备具有重要意义。

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